CC BY
62
ЬНУ/1000
Рис. 6. Изменение максимальных значений амо на верхней границе
уступа
Стадии разрушения уступа в результате развития трещин показаны на рис.5б.
Проведенные численные эксперименты напряженного состояния нависающего уступа
и анализ их результатов позволили сделать следующие основные выводы:
- напряженное состояние рудного массива в окрестности нависающего уступа характери-
зуется возникновением двух зон с растягивающими напряжениями: в верхней части уступа на почве вышеотработанного блока и в боковой части уступа на границе с обрушенной рудой в блоке;
- устойчивость нависающего уступа определяется напряженным состоянием его верхней части, в которой возникают горизонтальные растягивающие напряжения;
- максимальные значения критерия Мора в верхней части уступа не зависят от высоты обрушения и определяются параболической зависимостью от произведения коэффициента бокового распора, глубины разработки и нависания уступа в степени 2/3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курленя М.В. Техногенные геомеханические поля напряжений/ М.В.Курленя, В.М.Серяков, А.А.Еременко.- Новосибирск: Наука,2005.-264с.
2. Ермакова И.А. Параметры потока руды, изменяющего направление движения при выпуске, и их учет для совершенствования систем разработки рудных месторождений// Горн. инф.-анал. бюл.- 2001.-№12.- С. 40-44.
3. Рыжков Ю.А. Вариант системы с подэтажной отбойкой и этажным выпуском руды при отработке мощных крутопадающих рудных тел с образованием разделительных целиков/ Ю.А.Рыжков, И.А.Ермакова// Горн. инф.-анал. бюл.- 2001.-№11.- С.94-97.
4. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды.- М.: Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1960.- 243 с.
5. Рыжков Ю.А. О выборе рациональной формы линии очистного забоя при системах подэтажного обрушения с послойной отбойкой руды/ Ю.А.Рыжков, И.А. Ермакова// ФТПРПИ. - 2002.-№ 6. С.80-84.
□ Автор статьи:
Ермакова Инна Алексеевна
- канд. техн. наук, доц. каф. прикладной математики
УДК 622.831
Е. А. Белоусов
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПРОВЕДЕНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ УДАРООПАСНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Железорудные месторождения Горной Шории разрабатываются на больших глубинах в условиях действия высоких тектонических напряжений и на-рушенности массива горных пород. Руды и породы прочные, хрупко разрушаются под на-
грузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций; около 90% пород удароопасны. При этом развитие горных работ связано с ростом объемов проведения капитальных выработок, расположенных в лежачем боку место-
рождения, которые имеют
большой удельный вес, и их длина на отдельных рудниках изменяется от сотен до тысяч метров.
До настоящего времени устойчивость горных выработок в большинстве случаев обеспечи-
V
Рис. 1. Карта сейсмической активности за 1995 г. I — динамические явления; 1-4 — энергетический класс; 10800-11800 и 11800-12600 — координаты X и У
валась за счет применения железобетонной и монолитной бетонной крепей. Часто бетонная крепь не обеспечивает их надежного поддержания. Особая роль отводится облегченным типам крепей, таким как анкерная и набрызгбетонная, которые являются одними из средств крепления в условиях больших глубин. В этом случае возникает необходимость детального исследования влияния технологии разработки на особенности проведения и крепления выработок в условиях напряженно-деформированного состояния массива горных пород с учетом использования шпуровых зарядов ВВ, контурных шпуров, параллельносопряженных скважин и шпуров, камуфлетного взрывания и др. В связи с этим выполнены разработка и обоснование способов проведения и крепления капитальных выработок в удароопасных условиях.
Характерной особенностью Алтае-Саянского региона являя-ется сейсмическая активность, обусловленная глубинными тектоническими процессами,
высоким уровнем напряжений и склонных к хрупкому разрушению горных пород.
Исследования природного поля напряжения показали, что максимальное главное напряжение 01 направлено вдоль простирания месторождений.
Вкрест простирания действуют напряжения а2 и их величина равной 1.3 уИ . Соотношения главных напряжений: о\ : о2 : о3 = 2,5:1,3:1,0, где аг, а2 - горизонтальные тектонические напряжения, а3 - вертикальное напряжение*.
Разработка запасов железных руд осуществляется системой этажного принудительного обрушения со взрывной отбойкой блоков на зажатую
* Курленя М. В., Еременко А. А., Шрепп Б. В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. — Новосибирск: Наука, 2001.
среду и компенсационные камеры пучковыми сближенными и вертикальными концентрированными зарядами взрывчатого вещества (ВВ).
Очередность ведения горных работ и производство технологических взрывов различной мощности оказывают существенное влияние на массив горных пород в лежачем боку месторождения, где расположены капитальные выработки. При этом регистрируются динамические
явления в форме микроударов, толчков, стреляний и т.п.
Проведены исследования НДС массива горных пород методами: микросейсмическим, электрометрическим и естественного электромагнитного излучения. Оценка состояния массива велась и с помощью энергетического критерия уда-роопасности, в качестве которого принято отношение сейсмической энергии, накопленной в массиве горных пород, к потенциальной энергии, заключенной во взрыве заряда ВВ. Экспериментальные исследования осуществлялись в районе капитальных выработок на Таштагольском и Шереге-шевском месторождениях при отработке ряда технологических блоков с массовым обрушением
руд.
За период 1995 - 2005 гг. на Таштагольском месторождении осуществлялись Работы в околоствольном дворе ствола Сибиряк, проводилась углубка ствола Западного, крепление емкостного бункера комплекса подземного
дробления на гор. -350 м, проведение квершлагов на стволы и др., крепление выработок выполнялось
железобетонной, анкерной и набрызгбетонной крепями, а также СВП-17. В этот период в районе капитальных выработок происходили микроудары, стреляния и заколообразования с суммарной сейсмической энергией от 2,5-4,2-105 до 1,4-107 Дж. Отмечен рост сейсмической энергии
динамических явлений, их миграция в массиве горных пород в районе порожнякового квершлага, стволов Западного и Нового Капитального, особенно в 1995-1999 г.г. Например, при силе толчка, равного 1,6-105 Дж, в стволе Западном была нарушена армировка и отмечено сжатие проводников (рис. 1).
Изучена геодинамическая обстановка в районе руддвора стволов Сибиряк, Северный и квершлага.
Рис. 2. Изменение Кр в течение 2000 г. в северном квершлаге гор. -
280 м
Электрометрические измерения в течение года показали периодическое снижение
электрометрического коэффициента Кр от 2-8 до 0,7-1,2. При этом зарегистрированы толчки с энергией 5,3-102-2,1-106 Дж (рис. 2).
Выявлено, что в последние годы при отработке блоков на
северном фланге (№№ 0, 1, 1 и 11) и центральной части (№№ 23, 24, 17 (I, II очереди)), на южном фланге (№°№° 35, 30) и Юго-Восточном участке (№№ 1, 2) происходят толчки в районе стволов Западного, Южного, Северного и Нового Капитального с энергией 1,4-6,4-104 Дж.
Установлено, что с увеличением глубины разработки месторождений от 400 до 900 м и энергии динамических явлений объем нарушений в капитальных выработках возрастает, особенно в районе квершлагов и стволов, и составляет 0,2-5 м3 и более (рис. 3). Кроме этого, наблюдается треск, трещины в горных породах и в бетонной крепи, большой приток воды и др.
Установлено, что на Шере-гешевском месторождении динамические явления происходят в районе грузового квершлага участка Подруслового и во вмещающем массиве Главного и Болотного участков.
Определены условия формирования динамической обстановки на месторождениях. Как показывает статистика наблюдений, максимум проявлений горного давления в динамической форме в последние годы связан со взрывными работами, причем массив горных пород на стыке участков Болотного и Главного отнесен к опасному по горным ударам. Установлена закономерность распределения в массиве горных пород динамических явлений в лежачем боку месторождения в зависимости от местоположения очистных блоков. Установлено, что при выемке блоков на северном фланге и в центральной части месторождения происходят толчки в районе стволов Западного, Северного и Нового Капитального с энергией от 2,4 до 1,7-104 Дж и квершлагах — от 9,4 до 106 Дж (рис. 4).
Отработка блоков на южном фланге месторождения вызывает толчки в районе ствола Южного и на сопряжении порожнякового квершлага с полевым штреком, при этом энергия толчков изменяется от 6,4 до 106 Дж. Определены приведенные расстояния от центра отрабатываемых блоков до очагов динамических явлений, которые колеблются от 1520 до 650-920 м.
Разработаны и испытаны эффективные способы проведения и крепления горных выра-
Рис. 3. Изменение объемов разрушений в капитальных выработках при динамических явлениях с различной интенсивностью
п.д*11 10'
|(/
К)'
■ О1 10'
10’ ю
г
3 I ( 4
и 100 2Ф 100 400 500 600 700 800 ті 1000 І.м
Рис. 4. Изменение сейсмической энергии динамических явлений в лежачем боку месторождения при ведении очистных работ: 1 — на сопряжении грузового квершлага с полевым штреком; 2 — на сопряжении порожнякового квершлага с полевым штреком; 3 — ствол Западный; 4 — ствол Новый Капитальный; 5 — ствол Северный; 6 — ствол Южный; 7 — склад взрывчатых материалов (ВМ); I — расстояние от центра очистных блоков до очагов динамических явлений
рах, при этом максимум опорного давления перемещается вглубь массива на 400 мм.
Выявлено, что при помещении в верхние концы наклонных анкеров дополнительных зарядов ВВ при взрывании создается раздробленная зона в массиве горных пород с интенсивной разгрузкой в зоне опорного давления.
Рис. 6. Изменение электросопротивления при проведении квершлага. 1, 2 — соответственно, до и после взрывания
Рис. 5. Схемы расположения шпуров и скважины при проведении квершлага: а) — расположение шпуров, б) — конструкция шпуровых зарядов ВВ: 1 — капсюль-детонатор; 2 — патрон-боевик; 3 — заряд ВВ
боток в массиве горных пород, позволяющие увеличить уход забоя за цикл с перераспределением и снижением концентрации напряжений на контуре выработок, включающие разупрочнение призабойного массива с одновременной установкой опережающей поддерживающей крепи, применение контурного взрывания с элементами армирования и податливости удлиненных оконтуривающих шпуров, а также параллельносопряженных скважин и шпуров с использованием неэлектрической системы инициирования зарядов ВВ.
Управление горным давлением и обеспечение безопасности работ достигаются путем установки в кровле наклонных анкеров. Установлено, что увеличение удельного электросопротивления в массиве в 1,4-3 раза достигается при взрывании шпуров в забое на компенсационную скважину и детонирующего шпура в наклонных анке-
Для повышения устойчивости горных выработок осуществляют контурное взрывание с
элементами армирования шпуров. Предложены новые схемы расположения контурных шпуров: шпуры бурят под углом к оси выработки вглубь массива и располагают с элементами ар-мировки в своде выработки.
Для обеспечения длительной и надежной эксплуатации выработок в условиях высокого горного давления шпуры при-контурного ряда бурят в 2 раза длиннее, чем врубовые и вспомогательные со снижением расхода ВВ на 8-10% и повышением электросопротивления в массиве в 100 раз и более (рис. 5, 6).
Разработана конструкция прямых врубов с компенсационными 2-мя и 3-мя параллельно-сопряженными скважинами (рис. 7, табл.).
Переход на разработку рудных тел на большие глубины и отнесение частей Таштаголь-ского и Шерегешевского месторождений к опасным по горным ударам обусловило необходимость решения принципиально новых задач по условиям применения способов проведения и крепления капитальных выработок. На месторождениях капитальные выра-
Рис. 7. Паспорт буровзрывных работ на проведение капитальной горной выработки: а) схема расположения шпуров и скважин в выработке; б) схема вруба; в) конструкция заряда ВВ; I - параллельно сопряженные скважины; II - бумажный пыж; III - капсюль-детонатор; IV- патроны из аммонита 6ЖВ
ботки в основном находятся вне зоны влияния очистных работ.
С учетом соотношения главных нормальных напряжений в массиве горных пород на глубине 400-900 м, определения напряжений в кровле и в боках выработок, коэффициентов устойчивости и структурного ослабления (категорий устойчивости, установленных для условий
□ Автор статьи:
Белоусов Евгений Александрович
- аспирант ИГД СО РАН
месторождений Горной Шории к.т.н. А. И. Федоренко), предложены облегченные виды крепей: набрызгбетонная, набрыз-гбетон - анкерная, набрызгбетон
- анкера - металлическая сетка, набрызгбетон - анкера - металлическая сетка - набрызгбетон, металлическая арочная.
Разработаны новые
паспорта на проведение и
крепление выработок в руддворах стволов,
включающие применение
шпуров или скважин, поэтапное оформление заходок и использование анкерной крепи, позволяющие увеличить
несущую способность массива и выход горной массы с 1 м шпура на 10-15%.
УДК 622.235.213
Ю.А. Масаев, В.П. Доманов, К.В.Кузнецова
СОЗДАНИЕ НОВЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ ВВ -ОСНОВА ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Использование взрывчатых веществ для отбойки горных пород в шахтах, опасных по газу и пыли, несет в себе опасность воспламенения метановоздушной атмосферы горных выработок. Если во взрыв вступает угольная пыль, последствия еще более усугубляются, поскольку такой взрыв приводит к значительному разрушению горных выработок.
По данным Управления Ростехнадзара по Кемеровской области [1] только в Кузбассе за период с 2001 г. по 3-й квартал 2004 г. произошло 28 крупных аварий из-за воспламенения метано- и пылевоздушной смеси при взрывных работах, в результате которых пострадало 204 горнорабочих (96 со смертельным исходом). Наиболее крупные аварии произошли в шахтоуправлении «Сибирское» - пострадало 21 человек( из них 6 погибли), на шахте «Листвяжная» - 30 рабочих (13 погибших) и на шахте «Тайжина» -53 рабочих ( 47 со смертельным исходом).
Используемые в последние десятилетия предохранительные ВВ условно можно подразделить на две группы - аммиачно-селитренные, в которых сенсибилизатором является тротил, и нитроэфиросодержащие на основе нитроэфиров.
К первой группе относятся ВВ III класса - аммонит АП-5ЖВ и ВВ ^класса - аммонит ПЖВ-20. К второй группе - ВВ V класса - угленит Э-6 и VI класса - ионит ( ВВ VI класса в настоящее время в России вообще не выпускается).
Предохранительность указанных ВВ достигается за счет использования в качестве пламегасителя солей щелочноземельных металлов, совмещающих теплопоглощающие свойства с ингибирующей способностью по отношению к реакции окислителя метана. Количество этих солей в составе ВВ ограничено сочетанием уровня безопас-
ности по предохранительным свойствам с эффективностью их действия. Безопасность применения таких ВВ должна обеспечиваться количеством воспламенений метановоздушной смеси не более 50% при их испытании в канальной мортире. Более высокого уровня предохранительности составов ВВ на основе тротила достичь не представляется возможным, поскольку увеличение доли содержания пламегасителя приводит к значительному снижению детонационной способности вплоть до ее полной потери. К предохранительным взрывчатым веществам V и VI классов применяются более жесткие требования. Они не должны воспламенять метановоздушную смесь при испытаниях в опытном штреке открытым зарядом, а также в канальной мортире или боковой поверхностью при взрывании зарядов в уголковой мортире. При использовании тротила в качестве сенсибилизатора достичь такого уговня предохрани-тельности для этих ВВ не представляется возможным, поэтому в их состав входят смеси жидких нитроэфиров.
Расследование аварий, имевших место при производстве взрывных работ, показало, что основными причинами их являются склонность применяемых штатных предохранительных ВВ к слеживанию и к выгоранию, особенно при короткозамедленном взрывании комплекта шпуровых зарядов. Порошкообразная структура компонентов таких ВВ и их компоновка по принципу обеспечения безопасности путем снижения детонационных характеристик до предельных значений создает вероятность перехода детонации в режим взрывного горения. Стендовые исследования, проведенные МакНИИ и ВостНИИ, подтверждали эти недостатки предохранительных аммонитов и угленитов, которые могли быть наиболее вероят-
